本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第4期，目次23
摘要：在玉米育种领域，合理应用数字技术不仅能够确保育种方向的科学性，而且能够显著缩短育种周期，使得在较短的时间内能够培育出更多高品质的玉米品种。基于此，该文深入探究了数字技术在玉米育种中的应用，希望能为玉米育种领域内从业者提供借鉴与参考。
关键词：数字技术；玉米育种；应用措施
玉米新品种培育时需要面临处理成千上万的杂交组合、品种对比试验以及大量的田间记录归档等众多挑战，任何一个环节出现失误都可能对整个育种工作造成深远的影响[1]。为了简化育种流程并提高数据管理效率，数字技术的应用显得尤为重要。通过运用数字化手段，可以实现育种材料和数据的自动化收集、分析和管理，使数据归纳整理更加直观，从而优化组合选择，减少育种工作的盲目性，大幅提升育种成功率，提高整体工作效率。
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数字技术在玉米育种中的应用价值
1.1 采集与分析数据
数字技术的应用极大地提高了遗传数据的收集和管理效率，为玉米育种未来发展提供强大的技术支持，比如在处理基因组数据和表型数据方面，利用先进的数据分析技术和数据挖掘方法，育种专家能够准确地鉴定与玉米特性密切相关的关键基因，加快玉米品种的改良速度[2]。
1.2 基因组学研究
数字技术在玉米育种中的基因组学研究领域同样展现了其不可或缺的价值。通过高通量测序技术，育种专家能够获取玉米基因组的详细信息，结合大数据分析方法，深入理解玉米基因的功能及其相互间的作用关系，不仅为玉米育种的科学决策提供了坚实的理论基础，还大大增强了育种策略的精准性和有效性。
1.3 高效筛选与预测
通过将数字技术与机器学习融合，能够建立玉米性状的预测网络模型，对大量性状数据进行标注、训练、评估以及分析，实现对玉米性状的高效筛选与准确预测，为传统育种方法注入新的活力，加速优质品种的选育。
玉米遗传性状的数字化描述
在现代玉米育种中，借助数字技术对其遗传性状采取数字化描述方式尤为重要。此过程始于高通量基因组测序技术的应用，以获取详尽的基因组数据，并借助生物信息学工具进行深入分析，以识别关联特定遗传性状的基因或基因区域。此外，分子标记技术被广泛运用于追踪和选择玉米的遗传特征，而高通量表型平台如遥感技术和自动化成像系统则用于精确收集关于植株高度、叶片数量、穗长和籽粒特征等外部性状的数据，同时，统计学和计算模型的应用，结合机器学习和人工智能算法，使得揭示基因型、表型之间复杂关系成为可能。此外，基因-环境互作分析可以帮助了解环境因素对遗传特性表现的影响。玉米遗传资源的数字化档案建立为育种和遗传研究提供了宝贵资源。将这些数据集成于先进的数据库系统中，以实现高效的数据管理、分析和可视化，从而加快新品种的培育进程，提升其适应性和产量。
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玉米遗传性状的编码
3.1 玉米遗传性状的编码操作
在对玉米遗传性状进行编码操作时，首先需要确定待编码的遗传性状，涵盖形态、生理及抗性等特征。基于特定遗传性状和数据要求，选择恰当的编码方法，可能包括二进制、数值或是组合编码。接下来，进行遗传性状的数据收集，可能涉及现场观察、度量或试验记录。按照既定编码规则，将所得数据转换为相应编码。编码数据随后被存储和管理，运用诸如电子表格或数据库等工具进行记录和整理，以确保数据的完整性。最终，利用这些编码数据进行深入分析和应用，如相关性、聚类分析或预测模型的构建，以提取更多信息，为育种工作提供指导[3]。
3.2 玉米遗传性状的编码规则
多样化的编码方式能够为玉米育种中的遗传性状提供清晰、高效的数字化表达。
3.2.1 二进制编码
一般采用二进制对玉米遗传性状进行编码，二进制编码将每个遗传性状表示为0和1的序列，每一位数字代表一个具体的性状状态，不仅简化了遗传性状的表示，还为自动化的数据处理和快速的遗传分析提供了便利。例如，考虑耐寒性这一性状，可以用“0”表示不耐寒，而“1”表示耐寒；对于抗虫性，可以用“0”表示普通抗虫性，而“1”代表高抗虫性。
3.2.2 数值编码
连续型遗传性状采用数值编码，如植株高度可用实际的厘米数值编码。对于离散型遗传性状，字符编码如字母或符号被应用，如“抗病性”可以用“A”表示抗病，“S”表示易感，使得性状的比较和分析更加直接和易于理解。
3.2.3 组合编码
多个遗传性状可通过组合编码方式表达，将不同的性状编码依照一定的规则串联起来，从而形成一个综合、全面代表个体遗传特征的编码体系。例如，在玉米育种中，假设只关注三个遗传性状：叶片颜色、茎的粗细和耐旱性。其中，叶片颜色：假设用“0”代表绿色，“1”代表黄色；茎的粗细：用“0”表示细茎，“1”表示粗茎；耐旱性：用“0”表示非耐旱，“1”表示耐旱。如果一个特定的玉米品种具有黄色叶片、粗茎和耐旱性，根据上述编码，它的遗传编码可以表示为“111”。相反，如果另一个品种具有绿色叶片、细茎和非耐旱性，其编码则为“000”。通过这种组合编码方式，可以在单一的编码中包含丰富的遗传信息，为玉米育种的决策提供便利。
3.3 多样化数据的采集与归档
在应用数字技术的背景下，建立专门的玉米育种田间调查数据库成为有效地搜集、管理与分析众多田间数据的关键手段，从而为玉米育种工作提供坚实的支撑和指导。此过程中，收集的数据应多样化，需涵盖形态、生理和抗性等方面的观测与测量信息。将数据根据性状、实验设计等因素进行分类整理，进而在数据库中建立相关的数据表格或表单，依据性状、试验地点、品种等因素进行有序存储，以便于后续的数据处理和分析。运用数据库软件或电子表格等工具，确保数据的完整性、准确性和可访问性。通过数据库中积累的数据，应用统计学和数据挖掘方法进行深入的数据分析，探索不同性状间的相互关系和影响因素，为选育工作提供科学的指导和评估。
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优化选配组合
为提升玉米育种中的选配组合准确性，首要任务是构建一个基于数据库的品种信息管理系统。这个系统将涵盖每个玉米品种的详细信息，如遗传背景、性状表现和亲本信息等。利用该数据库管理系统，可以迅速检索并比较不同品种的属性，为选配组合提供坚实的依据。接着，应用数据分析和数据挖掘技术对玉米品种的性状数据进行深入的统计和分析。通过相关性分析、聚类分析等手段，可以鉴定出优势互补的品种，从而为选配组合提供科学的支持。同时，在结合品种数据库的基础上引入决策支持系统，进一步优化选配组合的准确化操作。此外，针对基因组学研究，深入了解不同品种间的遗传联系和基因背景，从而精确选配亲缘关系或共同遗传特征的品种。最后，引入人工智能和机器学习技术，通过学习历史选配数据和识别模式自动优化选配组合，减少人为误差和主观干预，提高选配组合准确性。
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结语
玉米育种工作虽然目标明确、专注度高，但在实际操作中常面临诸多不确定性和盲目性，错误的育种方向或不精确的处理手段可能导致整个玉米育种项目的失败，造成资源和时间的浪费。为提高玉米育种的效率和科学性，将数字技术融入玉米育种流程，不仅可以有效缩短育种周期，还能够提高育种精准程度，确保育种各环节高效执行。
参考文献：
[1]李立勇.新时期玉米育种存在的问题及其对策研究[J].农业开发与装备,2023(6):115-117.
[2]郝娟,顾苏和,李晓静.现代农业生产中育种技术的意义及应用研究[J].种子科技,2023,41(19):36-38.
[3]李会芹.数字技术在玉米育种中的应用[J].农业工程技术,2023, 43(26):68-69.
作者单位：安徽省蚌埠市五河县临北回族乡农业农村发展服务中心
http://www.nygcjs.cn/cn/article/doi/10.16815/j.cnki.11-5446/s.2024.11.023
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